【正文】 “十二五”末期我國(guó)硫磺制酸產(chǎn)能將達(dá)到 47000~50000kt/a，產(chǎn)量約40000kt/a。 論文 設(shè)計(jì)項(xiàng)目?jī)?nèi)容 與 意義 本文 設(shè)計(jì)項(xiàng)目為 300 kt/a 硫磺制酸裝置 ，原料為揚(yáng)子石化 等 裝置回收下來(lái)的液體硫磺。 c. 生產(chǎn)熱水用于居民生活。 對(duì)于干吸工段低溫廢熱的回收，由于品味較低，回收利用在技術(shù)上比較困難。 80 年代我國(guó)相繼引入國(guó)外全套廢熱利用設(shè)備，提高了硫磺制酸裝置廢熱回收的效率 [17]。除裝置散熱、平排氣等損失外，其余熱量理論上均可回收利用。中間加一道隔墻流程是由三塔兩槽流程演變而來(lái)，中間加兩道隔墻流程是由三塔三槽循環(huán)流程演變而來(lái)?；侵扑嵫b置的干吸工藝流程按設(shè)備配置的不同，可分為三大類：三塔三槽循環(huán)流程，三塔兩槽循環(huán)流程和三塔一槽循環(huán)流程 [14]。分析比較“ 3+2”五段轉(zhuǎn)化和“ 3+1”四段轉(zhuǎn)化工藝，研究表明在較高 (SO2)的原料氣下獲得同樣高的最終轉(zhuǎn)化率，前者對(duì)催化劑的要求更低一些，并且前者對(duì)達(dá)到要求的最終轉(zhuǎn)化率更有保障 [13]。 自從 20 世紀(jì) 60 年代以來(lái)，硫酸生產(chǎn)中 SO2 轉(zhuǎn)化工藝的技術(shù)進(jìn)步是采用兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收工藝，簡(jiǎn)稱兩轉(zhuǎn)兩吸。在保證液硫充分燃燒的前提下，提高了焚硫爐的容積熱強(qiáng)度 [12]。塔后流程的優(yōu)點(diǎn)是鼓風(fēng)機(jī)的壓縮熱帶入焚硫爐，可多產(chǎn)生蒸汽，同時(shí)可以減少干燥塔循環(huán)水的用量 [12] 。 硫磺制酸的工藝流程 硫磺制酸一般包括：原料處理，焚硫， SO2 轉(zhuǎn)化和干吸工序 [9]。隨著全球?qū)α蛩嵝枨罅康牟粩嘣黾?，硫酸產(chǎn)品會(huì)有更廣的市場(chǎng)前景?；氏M(fèi)硫酸 232319 萬(wàn)噸， 占硫酸消費(fèi)量的 %[5]。 1998年全國(guó)化肥產(chǎn)量 273616 萬(wàn)噸 ，比上年增長(zhǎng) %，其中磷肥 51515929 萬(wàn)噸 ，前 7 個(gè)月磷酸鹽產(chǎn)量增長(zhǎng) 4%，全年硫酸產(chǎn)量比上年增長(zhǎng) %。 隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)，我國(guó)在硫酸工業(yè)上得技術(shù)裝備水平不斷在提高。預(yù)計(jì)到“十二五”末期我國(guó)硫磺制酸產(chǎn)能將達(dá)到 47000~50000kt/a，產(chǎn)量 約 40000kt/a[7]。 我國(guó)是硫鐵礦的最大消費(fèi)國(guó)， 20 世紀(jì)我國(guó)硫酸工業(yè)主要以硫鐵礦為原料。 我國(guó)的硫酸工業(yè)起始于 19 世紀(jì) 70 年代，當(dāng)時(shí)產(chǎn)量很少。全球硫酸產(chǎn) 量近十多年均是正增長(zhǎng)，而到 2022 年的總產(chǎn)量約 196000kt[2]。 常用的稀硫酸濃度為 15%和 20%左右，濃硫酸濃度一般為 93%和 98%酸，發(fā)煙酸濃度常用為 %和 %。 III 300 kt / a sulfuric acid plant burning sulfur conversion section burning sulfur furnace process design Abstract This article discusses the sulfuric acid production plant processes and construction of importance. This paper describes the use of Aspen Plus process simulation software to simulate the main device, and the entire process was simulated, the entire process has been the material balance and energy balance. Burning sulfur section is the focus of this study, this paper presents the sulfur burning furnace body size calculation method and process, and the burning of sulfur furnace designed in detail. In addition, this paper conducted a selection of major equipment, burning sulfur section describes the equipment layout and piping design, and the section of the DCS control system. Key words: Sulfuric acid production。 I 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) (2022 年 ) 課題名稱 300kt/a 硫磺制酸裝置 焚硫轉(zhuǎn)化工段 焚硫爐工藝設(shè)計(jì) 300kt/a 硫磺制酸裝置焚硫轉(zhuǎn)化工段 焚硫爐工藝設(shè)計(jì) 摘要 本文 論述了硫磺制酸生產(chǎn)裝置的 工藝 流程與建設(shè)意義 。 此外 ，本文 對(duì) 主要 設(shè)備 進(jìn)行了選型，介紹了焚硫工段的設(shè)備布置和配管設(shè)計(jì) ， 以及該工段的 DCS 控制系統(tǒng)。 硫酸按濃度分，一般分為稀硫酸（密度小于 ）、濃硫酸（密度約為）和發(fā)煙硫酸（密度大于 ）。 世界硫酸的產(chǎn)量增長(zhǎng)很快，在 20 世紀(jì)初，其總產(chǎn)量只有幾百萬(wàn)噸，到 1997年，其產(chǎn)量達(dá) 155163kt，最近 40 年的年平均遞增率為 %[1]。 1995 年，以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量為20220kt 左右，占硫酸總產(chǎn)量的 13%； 1997 年，除中國(guó)以外，其余地區(qū)以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量下降了 8%[34]； 1998 年全球硫鐵礦產(chǎn)量 6270kt(折 100%硫， 下同 )，硫鐵礦制酸的產(chǎn)量約 18000kt； t 2022 年全球硫鐵礦產(chǎn)量降至 5730kt，僅為所有形態(tài)硫總生產(chǎn)量的 %[2]。 2022 年硫酸產(chǎn)量突破 3000 萬(wàn)噸，達(dá)到 3051. 9 萬(wàn)噸 [5]。至 2022 年我國(guó)硫磺制酸產(chǎn)能已達(dá)到 38000kt/a，產(chǎn)量為 32980kt/a， 2022— 2022 年硫磺制酸產(chǎn)能、產(chǎn)量年均增長(zhǎng)率分別為 %， %。到 2022 年底，我國(guó)硫磺制酸單系列最大規(guī)模已達(dá)到 1000kt/a[7]。 1995 年化肥生產(chǎn)用酸占硫酸總產(chǎn)量的 %(其中磷肥占 %、硫酸銨占 %) ， 1997 年占全年硫酸總產(chǎn)量的 %。南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2022 年國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口硫酸資源總量為 323412 萬(wàn)噸， 消費(fèi)量為 323118 萬(wàn)噸。 21世紀(jì)的這十年中，特別是我國(guó)的硫酸工業(yè)更是發(fā)展迅速，硫酸產(chǎn)量不斷提高。同時(shí)硫磺制酸還有原料清潔，不產(chǎn)生礦渣或酸性污水，氣體 SO2 濃度較高，制酸工藝簡(jiǎn)單和氣體流程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn) [8]。 根據(jù)空氣鼓風(fēng)機(jī)的布置不同可分為：塔前流程，即鼓風(fēng)機(jī)布置在干燥塔上游，風(fēng)機(jī)進(jìn)口為濕空氣，它對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的耐腐蝕要求低；塔后流程，即將鼓風(fēng)機(jī)布置在干燥塔下游，風(fēng)機(jī)進(jìn)口為干燥空氣（含微量酸霧），它對(duì)鼓風(fēng)機(jī)耐腐性要求 較高，氣量比塔前流程大，相應(yīng)的干燥塔直徑稍大。 目前國(guó)內(nèi)焚硫爐主要有兩種形式，一種是圓筒形臥式焚硫爐，爐頭每只磺槍分別配有空氣旋流裝置；另一種是一次擴(kuò)大型臥式焚硫爐，空氣進(jìn)口采用雙螺旋結(jié)構(gòu)的 進(jìn)氣裝置，爐頭設(shè)有大蝸形旋流裝置，旋流裝置中間放置數(shù)根磺槍。 轉(zhuǎn)化工段平 轉(zhuǎn)化工段的任務(wù)是將 SO2轉(zhuǎn)化成 SO3，由焚硫 爐出來(lái)的含有 SO2的高溫氣體，首先進(jìn)入廢熱鍋爐回收熱量，溫度降低后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器，在催化劑上反應(yīng)生成 SO3。目前國(guó)內(nèi)硫磺制酸裝置大多采用前兩種。吸收塔用來(lái)吸收由轉(zhuǎn)化器出來(lái)的 SO3。 c) 三塔一槽循環(huán)流程有：循環(huán)槽不加隔墻的流程；中間加一道隔墻的流程及中間加兩道隔墻的流程。 第一章 文獻(xiàn)綜述 廢熱回收 在硫磺制酸過(guò)程中，從硫磺燃燒生產(chǎn)二氧化硫、二氧化硫催化氧化生成三氧化硫到三氧化硫吸收生成硫酸，每一步反應(yīng)都是放熱的，總得反應(yīng)熱約 500kJ/mol硫酸。 70 年代我國(guó)硫磺制酸裝置廢熱回收狀況： ； ，事故率較高。一 般在焚硫爐后設(shè)有廢熱鍋爐，目前多采用火管鍋爐，在轉(zhuǎn)化工段設(shè)有過(guò)熱器和省煤器。 b. 生產(chǎn)熱水用于其它裝置，如：用于磷酸濃縮或氨蒸發(fā)等，但這種方法必須是磷酸和磷酸或合成氨等裝置的聯(lián)合化工企業(yè)。該裝置的應(yīng)用，使得廢熱的回收率從傳統(tǒng)裝置的 70%提高到 93%[18]。至 2022 年我國(guó)硫磺制酸產(chǎn)能已達(dá)到 38000kt/a，產(chǎn)量為32980kt/a， 2022— 2022 年硫磺制酸產(chǎn)能、產(chǎn)量年均增長(zhǎng)率分別為 %， %。 第二章 總論 第二章 總論 項(xiàng)目概述 本文設(shè)計(jì)一套年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸的硫磺制酸裝置，本裝置的原料采用樣子石化等裝置硫回收下來(lái)的液體硫磺，原料的質(zhì)量和數(shù)量有保障。該裝置技術(shù)成熟，設(shè)備先進(jìn)，產(chǎn)品收率髙，同時(shí)該裝置還有原料清潔，不產(chǎn)生礦渣或酸性污水等優(yōu)點(diǎn)，符合科學(xué)發(fā)展觀。 （ 2）設(shè)計(jì)考慮的內(nèi)部約束條件： 1）生產(chǎn)技術(shù)：技術(shù)軟硬件的來(lái)源、技術(shù)成熟程度、價(jià)格和使用條件； 2）材料：原材料、建筑材料、關(guān)鍵設(shè)備等供應(yīng)的難易； 3）時(shí)間：允許和需要的設(shè)計(jì)時(shí)間； 4）人員：素質(zhì)和數(shù)量； 5）產(chǎn)品規(guī)格； 6）建設(shè)單位的具體要求； 7）建廠地區(qū)的具體情況。預(yù)計(jì)到“十二五”末期我國(guó)硫磺制酸產(chǎn)能將達(dá)到 47000~50000kt/a，產(chǎn)量約第二章 總論 40000kt/a。 產(chǎn)品規(guī)格為 98%的工業(yè)硫酸， 98%工業(yè)硫酸質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB534/T2022一等品指標(biāo)。 表 主要危險(xiǎn)物品性質(zhì)表 Tab Main properties of dangerous goods 危險(xiǎn)品 熔點(diǎn) /℃ 沸點(diǎn) /℃ 閃點(diǎn) /℃ 爆炸極限 /V% 毒性 可燃性 上限 下線 硫酸 330 無(wú)意義 無(wú)意義 無(wú)意義 強(qiáng) 腐蝕性 不可燃 硫磺 119 無(wú)意義 可 致慢性中毒 易燃 第三章 工藝 流程 第三章 工藝流程 設(shè)計(jì)目標(biāo) 概述 本文設(shè)計(jì)論述的是一套硫磺制酸裝置，本裝置采用機(jī)械霧化焚硫，采用“ 3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸工藝流程。 工藝路線選擇 工藝路線選擇原則 ? 原料來(lái)源的可靠性。工藝路線影響到擬建廠的技術(shù)方案、廠址、環(huán)境保護(hù)等多個(gè)方面，從而對(duì)項(xiàng)目的投資、成本、利潤(rùn)產(chǎn)生影響。技術(shù)的先進(jìn)是指項(xiàng)目建設(shè)投資后，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)、 產(chǎn)量、運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性及安全性等既先進(jìn)又符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 磷石膏是磷化工生產(chǎn)的最大固體廢棄物，每生產(chǎn) 1t 磷酸會(huì)產(chǎn)生 5~6t 磷石膏。 1986 年Lurgi 公司開發(fā)成功循環(huán)流化床節(jié)能型磷石膏熱分解法制硫酸和聯(lián)產(chǎn)水泥技術(shù)并進(jìn)行了中試，其磷石膏分解率達(dá) 99%。 WSA 工藝是一種能有效地脫除各種廢棄中硫并將其轉(zhuǎn)化成工業(yè)成品濃硫酸的工藝。一是原料氣體濃度受限制，考慮到 WSA 冷卻器的結(jié)構(gòu)和材料，不可能處理硫酸露點(diǎn)高于 260℃的氣體，這相當(dāng)于進(jìn)轉(zhuǎn)化器的 SO2 不能高于6%~7%。目前硫磺制酸工藝的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，本文所設(shè)計(jì)的裝置，采用南化公司所使用硫磺制酸技術(shù)和設(shè)備。為防止硫磺燃燒不完全，設(shè)有二次風(fēng)，用于補(bǔ)充氧量和調(diào)節(jié)爐溫，促使反應(yīng)完全，不致產(chǎn)生升華硫。 出余熱回收器 （ B301） 溫度約 415℃、 SO2 濃度～ %（摩爾濃度）的爐氣依次分別進(jìn)入 轉(zhuǎn)化器（ R301） Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段催化劑層，進(jìn)行 SO2的催化氧化反應(yīng)，生成 SO3。 干吸工段 空氣通過(guò)空氣過(guò)濾器過(guò)濾后由干燥塔下部進(jìn)入干燥塔， 95％濃硫酸從干燥塔上部進(jìn)入干燥塔，與空氣逆向接觸， 95%濃度的酸吸收水分后，濃度下降到約%左右，從塔底部流入干燥塔酸循環(huán)槽，空氣從塔頂部出，含水量在 以下，進(jìn)入空氣風(fēng)機(jī)升壓后進(jìn)入焚硫轉(zhuǎn)化工段焚硫爐與液硫混合燃燒。轉(zhuǎn)化工段分兩次轉(zhuǎn)化，吸收過(guò)程也有兩次吸收過(guò)程 : 一次轉(zhuǎn)化來(lái)的 SO3 氣體，從第一吸收塔下部進(jìn)入，第一吸收塔上部噴淋 98%濃硫酸，氣體與液體逆向接觸， 98％酸吸收爐氣中 SO3 后，濃度達(dá)到約 %，自塔底排至吸收塔酸循環(huán)槽中。 （ 2）干空氣量 FAir 已知焚硫爐出口 SO2 的濃度為 %， SO3 為 %，可由式 41 計(jì)算工 藝所第四章 流程計(jì)算與模擬 需的干空氣進(jìn)料量。 FAir=V（空氣）（硫） /=。 組分設(shè)置 因?yàn)轶w系含有電解質(zhì)，使用 Aspen Plus 模擬時(shí)，輸入 S， SO2 等基礎(chǔ)組分后，需要使用電解質(zhì)向?qū)?Elec Wizard 進(jìn)行組分設(shè)置。模擬中體系的真實(shí)組分見圖 。此外，亨利定律用于計(jì)算 SO2， O2， N2 在硫酸中的氣體溶解度。本設(shè)計(jì)涉及公用工程為冷卻水和蒸汽，溫度和壓力滿足該物性方法使用范圍，故選擇STEAMTA 計(jì)算水與水蒸氣所有的熱力性質(zhì)。 （ 2）模型設(shè)置 干燥塔為常壓操作，全塔壓降為 300mmH2O，經(jīng)優(yōu)化后確定塔板數(shù)為 6 塊，濕空氣從第六塊塔板下方進(jìn)料，硫酸由塔頂進(jìn)料。兩塔塔板數(shù)均為 6 塊，氣體均從第 6 塊板下方進(jìn)料， 98%硫酸均為塔頂噴淋。硫磺燃燒發(fā)生在焚硫爐中，本設(shè)計(jì)選擇 RGibbs 反應(yīng)器模擬焚硫爐。模擬中，反應(yīng)器設(shè)置如圖 和 。南化公司提供了各段轉(zhuǎn)化率和南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 進(jìn)口氣體溫度見表 。圖 49 為全流程模擬截圖。 3) 特殊化學(xué)品的物性，如沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、飽和蒸汽壓、閃點(diǎn)等。各種衡算方法的適用情況如表 所示